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本帖最后由 段朝骞 于 2013-9-27 11:07 编辑

堆内存和栈内存还有个静态内存,这三者在计算机内存条中是怎样划分出来的,每块区域分别划分了多大?这些空间是根据内存条固定的吗?就像CPU引脚一样有固定的作用;还是根据程序所需要的内存不同来不同的划分?

比如说内存地址从0开始到10000是属于栈内存的,从10001开始到20000是属于堆内存的,从20001到30000是属于静态的,
int i =10;就在0到10000间开辟个空间存放,object obj = new object();就在10001到20000之间存放new object();在0到10000之间存放obj,是这样的吗?

还有做好一个程序怎样计算程序运行所需要的最小内存?防止发生内存溢出。

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对于一个程序要运行,涉及到的内存分配是一个首要问题,这里简单说一下一个简单的程序运行所涉及到的内存分配方式。另外,在数据结构中存在堆和栈的概念,栈是一种先进后出的数据结构,堆则是一种排序方式,而在内存分配中也存在堆(heap)和栈(stack)的概念,与数据结构中的概念不同,这里简单说明在内存分配中的堆栈之间的不同。

一、内存分配方式

1、全局变量和静态变量(static变量),是由编译器自动分配和释放的,初始化的全局变量和静态变量放在同一块内存区中,未初始化的全局变量和静态变量则放在相邻的另外一块内存区中。

2、栈,是由编译器自动分配和释放的,主要是函数体的地址,参数和局部变量,静态变量不包含其中,操作方式类似于数据结构中的栈。

3、堆,是由程序员手动完成申请和释放的,像malloc和new,程序员没有手动释放的话,当程序结束时由系统释放没有释放的空间,其实现方式与数据结构中的堆完全不同,此时的堆的实现方式有些类似于数据结构中的链表。

4、程序代码区,用于存放程序的二进制代码的空间。

5、文字常量区,像常量字符串等存放在这里,程序结束后由系统释放。

一个经典的例子,由强大的网友提供:

//main.cpp
int a = 0; 全局初始化区
char *p1; 全局未初始化区
main()
{
int b; 栈
char s[] = "abc"; 栈
char *p2; 栈
char *p3 = "123456"; 123456在常量区,p3在栈上。
static int c =0; 全局(静态)初始化区
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20);
分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
strcpy(p1, "123456"); 123456放在常量区,编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
}

二、内存分配中堆和栈的区别

1.申请释放方式

   在申请内存和释放内存方式方面,堆和栈有着很大的不同,先来谈谈栈是如何实现的吧。栈是编译器自动申请的,例如在主函数里面,要声明一个int变量a,那么编译器就自动开辟一块内存存放变量a。而堆则不相同,是由程序员手动申请的,只要程序员感觉程序此处需要用到多大的内存空间,那么就使用malloc或者new来申请固定大小的内存使用。栈的空间在程序结束的时候由系统或者编译器自动释放,而堆则在程序结束前由程序员手动使用delete释放,或者忘记手动释放,由系统在程序结束的时候自动回收。
2.申请后系统的相应

栈,只要栈剩余的空间大小比申请的空间小,系统就自动为其分配空间,否则就会报错说明栈空间溢出。

堆,首先要知道操作系统中有一个存放空闲存储块的链表,当程序员申请空间的时候,系统就会遍历整个链表,找到第一个比申请空间大的空闲块节点,系统会将该空闲块从空闲链表中删除,分配给程序,同时系统会记录这个空闲块的首地址和申请的大小,当程序员使用delete释放该空间的时候能够找到该存储区。另外,申请的空间不一定与找到的空闲块大小相同,多出来剩余的空闲区会被系统重新添加到空闲链表中。

3.申请的限制

栈,是一种向低地址扩展的数据结构,并且是连续的存储空间,所以栈顶和栈的最大容量是固定的,在windows下,栈的最大容量是2m或者是1m,是在编译的时候就已经确定的,当申请空间大于栈的剩余空间的时候,就会报错说明overflow,所以栈能够申请的空间是比较有限的。

堆,是一种向高地址扩展的数据结构,并且是不连续的,因为系统采用的是链表的方式存放空闲存储块,当然是不连续的,链表的遍历方向是由低向高的,所以堆能够申请的空间的大小其实等同于整个系统的虚拟内存,只要还有内存空间,那么堆就能够不受限制的申请空间,这种方式比较灵活,申请空间也较大。

4.申请效率的比较

栈,因为栈空间的申请是由系统自动完成的,所以速度快,但是不受程序员控制。

堆,空间的申请是由malloc或new来完成的,实现起来较慢,能够产生碎片,但是使用起来方便。

5.存放内容

栈,栈存放的内容,一般来说是函数地址和相关参数。当主函数要调用一个函数的时候,要对当前断点进行保存,需要使用栈来实现,首先入栈的是主函数下一条语句的地址,然后是调用函数的参数,一般情况下是按照从右向左的顺序入栈,之后是调用函数的局部变量,注意静态变量是存放在全局内存区,是不入栈的;出栈的顺序正好相反,最终栈顶指向主函数下一条语句的地址,主程序又从该地址开始执行。

堆,一般情况堆顶使用一个字节的空间来存放堆的大小,而堆中具体存放内容是由程序员来完成的。

参考资料:http://zhidao.baidu.com/question/6117772.html

补充:

全局变量、局部变量、全局静态变量、局部静态变量的区别。要从分配内存的位置和作用域入手来解释。

全局变量,分配的内存在静态存储区内存上面,其作用域是全局作用域,也就是整个程序的生命周期内都可以使用,同时,有些程序并不是由一个源文件构成的,可能有许多个源文件构成,全局变量只要在一个文件中定义,就可以在其他所有的文件中使用,当然,必须在其他文件使用extern关键字声明该变量。

局部变量,分配内存是分配在栈存储区上的,其作用域也只是在局部函数内,在定义该变量的函数内,只要出了该函数,该局部变量就不再起作用,该变量的生命周期也只是和该函数同在。

全局静态变量,分配的内存与全局变量一样,也是在静态存储内存上,其生命周期也是与整个程序同在的,从程序开始到结束一直起作用,但是与全局变量不同的是,全局静态变量作用域只在定义它的一个源文件内,其他源文件不能使用它。

局部静态变量,分配的内存也是在静态存储内存上的,其第一次初始化后就一直存在直到程序结束,该变量的特点是其作用域只在定义它的函数内可见,出了该函数就不可见了。

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{:soso__10169062262133571330_1:}感谢楼主,也感谢版主;正想次问题呢!!!
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本帖最后由 段朝骞 于 2013-9-26 22:01 编辑

百度上查了下资料:
内存分配方式有三种:
     [1]从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好,这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量,static变量。
  [2]在栈上创建。在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限。
  [3]从堆上分配,亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存,程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由程序员决定,使用非常灵活,但如果在堆上分配了空间,就有责任回收它,否则运行的程序会出现内存泄漏,频繁地分配和释放不同大小的堆空间将会产生堆内碎块。
    堆和栈的主要区别由以下几点:
  1、管理方式不同;
  2、空间大小不同;
  3、能否产生碎片不同;
  4、生长方向不同;
  5、分配方式不同;
  6、分配效率不同;
  管理方式:对于栈来讲,是由编译器自动管理,无需我们手工控制;对于堆来说,释放工作由程序员控制,容易产生memory leak。
  空间大小:一般来讲在32位系统下,堆内存可以达到4G的空间,从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲,一般都是有一定的空间大小的,例如,在VC6下面,默认的栈空间大小是1M。当然,这个值可以修改。
  碎片问题:对于堆来讲,频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续,从而造成大量的碎片,使程序效率降低。对于栈来讲,则不会存在这个问题,因为栈是先进后出的队列,他们是如此的一一对应,以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出,在他弹出之前,在他上面的后进的栈内容已经被弹出,详细的可以参考数据结构。
  生长方向:对于堆来讲,生长方向是向上的,也就是向着内存地址增加的方向;对于栈来讲,它的生长方向是向下的,是向着内存地址减小的方向增长。
  分配方式:堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。栈有2种分配方式:静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的,比如局部变量的分配。动态分配由malloca函数进行分配,但是栈的动态分配和堆是不同的,他的动态分配是由编译器进行释放,无需我们手工实现。
  分配效率:栈是机器系统提供的数据结构,计算机会在底层对栈提供支持:分配专门的寄存器存放栈的地址,压栈出栈都有专门的指令执行,这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的,它的机制是很复杂的,例如为了分配一块内存,库函数会按照一定的算法(具体的算法可以参考数据结构/操作系统)在堆内存中搜索可用的足够大小的空间,如果没有足够大小的空间(可能是由于内存碎片太多),就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间,这样就有机会分 到足够大小的内存,然后进行返回。显然,堆的效率比栈要低得多。
  从这里我们可以看到,堆和栈相比,由于大量new/delete的使用,容易造成大量的内存碎片;由于没有专门的系统支持,效率很低;由于可能引发用户态和核心态的切换,内存的申请,代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广泛的,就算是函数的调用也利用栈去完成,函数调用过程中的参数,返回地址, EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以,我们推荐大家尽量用栈,而不是用堆。
  虽然栈有如此众多的好处,但是由于和堆相比不是那么灵活,有时候分配大量的内存空间,还是用堆好一些。
  无论是堆还是栈,都要防止越界现象的发生(除非你是故意使其越界),因为越界的结果要么是程序崩溃,要么是摧毁程序的堆、栈结构,产生以想不到的结果。

资料来源于C/C++内存区域的划分和分配http://blog.csdn.net/wealoong/article/details/8686353

总结:静态区域是程序在加载时直接分配好固定的,栈内存是固定的,可以手工设置栈内存大小,堆内存是动态的,最大值取决于内存条大小。
      栈内存是由上向下生长的,堆内存是由下向上生长的,当栈内存与堆内存重合时就发生内存溢出。
      栈内存的运行效率大大高于堆内存,也不会产生碎片。

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